(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）光路沿いに配置された、少なくとも第１イメージセンサ及び第２イメージセンサを含む複数個のイメージセンサと、
（ｂ）反射光撮像に使用される１個又は複数個の広帯域照明装置と、
（ｃ）蛍光撮像に使用される狭帯域紫外照明装置と、
（ｄ）鏡面反射光を排除すべく光路沿いに配置された１個又は複数個の偏光素子と、
（ｅ）狭帯域紫外光を遮断すべく光路沿いに配置されたフィルタと、
（ｆ）反射光撮像及び蛍光撮像を併用する診療撮像モード並びに反射光撮像を使用する審美撮像モードのうちいずれかを動作モードとして選択するためのスイッチと、
を備え、
前記診療撮像モードでは、前記第１イメージセンサで反射光画像を取得するとともに前記第２イメージセンサで蛍光画像を取得し、前記審美撮像モードでは、前記第１イメージセンサと前記第２イメージセンサで反射光画像を取得していずれか一方のイメージセンサのデータから歯牙色調及び歯牙透明度を検出し、他方のイメージセンサのデータから歯面肌理を検出する、歯牙撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の歯牙撮像装置において、
前記審美撮像モードでは、さらに歯牙透過光を用いる歯牙撮像装置。
【請求項３】
請求項２記載の歯牙撮像装置において、さらに歯牙の咬合面又は舌面を照明して前記歯牙透過光を得るアタッチメントを備える歯牙撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、特許文献１（名称：齲蝕検知装置及び方法(Method and Apparatus for Detection of Caries)、出願日：２００５年１０月３１日、発明者：Victor C. Wong, Rongguang Liang and Donna Rankin-Parobek）、特許文献２（名称：光学的齲蝕検知(Optical Detection of Dental Caries)、出願日：２００６年４月２１日、発明者：Victor C. Wong, Rongguang Liang, Michael A. Marcus, Paul O. McLaughlin and David Patton）、並びに米国特許出願第１１／６２３８０４号（名称：齲蝕早期検知システム(System for Early Detection of Dental Caries)、出願日：２００７年１月１７日、発明者：Peter D. Burns, Victor C. Wong, Mark E. Bridges and Rongguang Liang）に関する。
【０００２】
本発明は歯牙撮像装置及び方法、とりわけ齲蝕（うしょく；虫歯）検知機能とシェードマッチング（色調整合）機能とを併有する口中撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
ディジタル撮像技術は歯科診療でも審美歯科でも採用されている。まず、歯科診療向けの撮像システムとしては、Ｘ線その他のイオン化輻射を用いることなく齲蝕の進行段階を調べられるものが数多く開発されている。既に商品化されているシステムとしては高輝度青色光照明で歯牙に蛍光が励起される現象を利用するものがある。このシステムはＬＩＦ(Light-Induced Fluorescence)システムと呼ばれている。その原理は、ある波長の光で励起したときに歯牙組織が発する蛍光が、その組織が無傷で健康な場合に比べて齲蝕でミネラル欠損が生じている場合の方が弱い、という点にある。ミネラル欠損量と青色光励起時蛍光強度低下量との間には強い相関があるので、このシステムにより歯牙齲蝕部分を特定しその進行段階を評定することができる。また、赤色光励起で生じる別の減少も利用できる。赤色光は齲蝕部分に屯するバクテリアやその産生物に吸収されやすいので、赤色光で励起すると歯牙齲蝕部分は健康部分より強く蛍光する。この現象を利用する手法としては、特許文献３（名称：可視照明利用型歯牙齲蝕部分検知装置及び方法(Method and Apparatus for Detecting the Presence of Caries in Teeth Using Visible Luminescence)、発明者：Alfano）に記載の如く、二種類の波長で励起して蛍光輝度の違いを調べるものがある。この他、蛍光現象を利用した齲蝕検知は、特許文献４（名称：歯牙齲蝕部分内齲蝕進行検知装置及び方法(Method and Apparatus for the Detection of Carious Activity of a Carious Lesion in a Tooth)、発明者：Josselin de Jong et al.）にも記載されている。
【０００４】
また、可視光反射特性も虫歯診療に利用されている。例えば特許文献５（名称：可視光利用型歯牙齲蝕部分検知装置及び方法（Method and Apparatus for Detecting the Presence of Caries in Teeth Using Visible Light）、発明者：Alfano）に記載の方法では、照明波長の違いによる散乱光強度の違いを調べて齲蝕を検知する。前掲の特許文献１（譲受人：本願出願人）には、蛍光現象と反射現象を併用した改良型の齲蝕検知方法が記載されている。
【０００５】
商品化されている歯科診療用蛍光撮像システムとしては、例えばオランダ国アムステルダム所在のＩｎｓｐｅｋｔｏｒ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ＢＶから入手できるＱＬＦ診療システム（商品名）がある。これは特許文献４に記載の技術を使用している。別の仕組みのシステムとしては、例えば独国ビバラッハ所在のＫａＶｏ  Ｄｅｎｔａｌ  ＧｍｂＨから入手できるＤｉａｇｎｏｄｅｎｔ  Ｌａｓｅｒ  Ｃａｒｉｅｓ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ａｉｄ（商品名）がある。このシステムでは、特許文献６に記載の通り、赤色光照明下でバクテリア産生物の蛍光強度をモニタして齲蝕の進行を検知する。その他の製品としては、例えば米国ニューヨーク州アービントン所在のＥｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓから入手できるＤＩＦＯＴＩシステム（商品名）がある。このシステムは、特許文献７に記載の通り歯列透過光を診療撮像に供する。
【０００６】
更に、ハンドヘルド機器用診療撮像手法も開発されている。例えば特許文献８（名称：診療用撮像装置(Diagnostic Imaging Apparatus)、発明者：Naoki Katsuda et al.）には、歯科でも歯科以外の医科でも使用できるハンドヘルド撮像装置が記載されている。この装置は蛍光撮像反射光撮像併用型の複合的装置であり、複数種類の光で被検体を照明し、その被検体からの反射光、蛍光又はその双方を受光する。ただ、このやり方では、反射光撮像時に鏡面反射が発生すると不都合にも誤検知（偽像）が生じてしまうことがある。また、文献中に例示されているどの光源でも、被検体例えば歯牙に近すぎるため被検体照明光が均一にならない。
【０００７】
他方の審美歯科でもディジタル撮像が役立っている分野がある。主には歯冠修復や義歯装着の際のシェードマッチングである。シェードマッチングの自動化で歯科医を支援するシステムは既に数多く提案されており、その例としては、特許文献９及び１０（共に名称：歯牙色調解析システム及び方法(Tooth Shade Analyzer System and Methods)、発明者：Lehmann）に記載のものや、特許文献１１（名称：歯牙色調走査システム及び方法(Tooth Shade Scan System and Method)、発明者：Graham et al.）に記載のものがある。審美歯科用撮像システムのあらましは、例えば特許文献１２（名称：歯牙色調計測方法及び装置(Equipment and Method for Measuring Dental Shade)、発明者：Inglese）や、特許文献１３（名称：色遠隔計測装置(Remote Color Measurement Device)、発明者：O'Brien）に記載がある。商品化されているシェードマッチング向けハンドヘルド機器としては、例えばカナダ国モントリオール所在のＣｙｎｏｖａｄから入手でき非特許文献１に記載の技術を使用しているＳｈａｄｅＳｃａｎ（商標）システムや、米国ミシガン州グランビル所在のＸ−Ｒｉｔｅ  Ｉｎｃ．から入手でき特許文献１４に記載の技術を使用しているＳｈａｄｅ−Ｒｉｔｅ（商標）デンタルビジョンシステムがある。但し、これらのシェードマッチング向けハンドヘルド機器で前歯以外の歯を調べるのは機器設計上面倒なことである。また、既存のシェードマッチング技術では、歯牙色を許容範囲内に整えることはできるものの、義歯のリアルさを高めほどほどに透明感を持たせるまでにしうるデータは得ることができない。その要因は、従来の審美歯科用撮像システムが色調（シェード）を合わせることに眼目をおいているため、歯牙透明度（トランスルーセンシ）や歯面肌理（テキスチャ）については十分に情報が得られないからである。審美歯科用撮像システムで透明度計測を行うにしても、照明光均一度にあまり或いは全く注意が払われていないため光分布が不均一になる。そのため、歯牙透明度計測時のシステム精度があまりよくならない。
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／００９９１４８号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００７／０２４８９３１号明細書
【特許文献３】米国特許第４２９０４３３号明細書
【特許文献４】米国特許第６２３１３３８号明細書
【特許文献５】米国特許第４４７９４９９号明細書
【特許文献６】米国特許第６０２４５６２号明細書
【特許文献７】米国特許第６６７２８６８号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００５／０００３３２３号明細書
【特許文献９】米国特許第６１３２２１０号明細書
【特許文献１０】米国特許第６３０５９３３号明細書
【特許文献１１】米国特許出願公開第２００５／００７４７１８号明細書
【特許文献１２】国際公開第ＷＯ２００５／０８０９２９号パンフレット
【特許文献１３】米国特許第４８８１８１１号明細書
【特許文献１４】米国特許第７０３０９８６号明細書
【非特許文献１】Cynovad brochure 1019 of February 2002
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、歯科医療従事者が歯科診療での撮像（診療撮像）に使用できる機器や審美歯科での撮像（審美撮像）に使用できる機器が次々に生み出されているが、それでもなお要改良個所が残っている。まず、現状では、診療撮像装置とシェードマッチングシステムとが別体に構成され、それぞれ別個の条件に従い設計された光学系を備えている。その主な理由は、照明からビーム整形を経て撮像に至る各サブシステムの構成部品に関わる機能上の相違があるためである。例えば、主に蛍光現象を利用する診療撮像における照明条件と、主に反射光を利用する審美撮像のそれとの間には、大きな違いがある。鏡面反射光は診療、審美の両撮像に共通して障りになるが、その補償の仕方は撮像の種類毎に変えねばならない。更に、画像センシングの違い、偏向を使用するかスペクトル分離を使用するかの違い等、その他の部分の違いも診療、審美間のシステム差をもたらしている。従って、診療歯科でも審美歯科でも所要の機能を提供できる口中撮像装置を実現することが求められているといえよう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
歯科用の撮像装置及び方法の改良なる目的を達成するため、本発明の一実施形態に係る歯牙撮像装置は、光路沿いに配置された１個又は複数個のイメージセンサと、反射光撮像に使用される１個又は複数個の広帯域照明装置と、蛍光撮像に使用される狭帯域紫外照明装置と、鏡面反射光を排除すべく光路沿いに配置された１個又は複数個の偏光素子と、狭帯域紫外光を遮断すべく光路沿いに配置されたフィルタと、反射光撮像及び蛍光撮像を併用する診療撮像モード並びに反射光撮像を使用する審美撮像モードのうちいずれかを動作モードとして選択するためのスイッチと、を備える。なお、審美撮像モードで歯牙透過光を使用してもよい。歯牙の咬合面又は舌面を照明して透過像を撮るアタッチメントを設けることや、そのアタッチメントに光導波路、光源、ビーム整形素子等を組み込むことや、そのアタッチメントの光源を近赤外光源にすることもできる。広帯域照明装置には、４００〜７００ｎｍのスペクトル域で発光する１個又は複数個の光源、歯牙透明度計測用の反射光像を撮るための近赤外光源、歯面肌理計測用の反射光像を撮るための青色又は紫外光源等を設けるとよい。広帯域照明装置にビーム整形素子を１個又は複数個設けてもよい。狭帯域紫外照明装置には、３７５〜４２５ｎｍのスペクトル域で発光する１個又は複数個の狭帯域紫外光源を設けてもよいし、狭帯域紫外光源のスペクトル組成を浄化するバンドパスフィルタを設けてもよい。偏光素子は例えば偏光ビームスプリッタ、偏光板又はその組合せとすることができる。イメージセンサを複数個設ける場合、偏光ビームスプリッタで光を偏向状態別に分離して別々のイメージセンサ乃至感光領域に入射する構成を採ることや、１個又は複数個のダイクロイックミラーで光をスペクトル域別に分離して別々のイメージセンサ乃至感光領域に入射する構成を採ることができる。
【００１１】
また、本発明の一実施形態に係る審美用歯牙撮像方法は、光源から歯牙へと光を送り透明度計測用単色像を撮るステップと、１個又は複数個の有色光源から同じ歯牙へと偏向可視光を送り偏向有色反射光像を撮るステップと、照明光均一度及び歯牙形状についての校正を実施するステップと、撮った諸画像に基づく計算で歯科治療用歯牙色調情報を得るステップと、その情報に基づき模擬歯牙画像を表示させるステップと、表示された画像に対する顧客のフィードバックを受け付けるステップと、フィードバックを反映させた歯牙色調情報を送信又は保存するステップと、を有する。歯面肌理計測用反射光像を撮るため深みのある青色光又は紫外光で照明するステップも実行可能である。透明度計測用単色像を撮るステップでは例えば歯牙の咬合面又は舌面を照明する。歯科治療用歯牙色調情報としては歯牙色調、歯牙透明度、歯面肌理等を算出する。透過光像を撮影する際、偏向光で照明することで鏡面反射光を排除してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、診療撮像と審美撮像とに同一の光学系を共用するので、多様な歯科撮像を単体の撮像装置で実施可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、別紙図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態に関して詳細に説明する。本件技術分野にて習熟を積まれた方々（いわゆる当業者）であれば、以下の説明を参照することによって、本発明の目的、構成及び効果を上記以外のものも含めて好適に理解することができるであろう。
【００１４】
なお、本発明の構成要件に関しては別紙特許請求の範囲に明確且つ十分に記載されている。別紙図面は、本発明に関するより好適な理解を得るため参照するものである。
【００１５】
まず、背景技術の欄で述べた通り、診療撮像と審美撮像とでは求められる性能乃至仕様が大きく違う。例えば光源及び光学系に対する要求仕様が違い、相応しい鏡面反射補償方法が違い、画像処理方法も違う。更に、審美撮像はそもそも繊細且つ複雑なものであり、単なるシェードマッチングで済ませられないものである。即ち、審美撮像を精密に行うとしたら色調を合わせるだけでは足りず、微妙で捉えがたい歯牙特徴についての情報、例えば歯牙透明度、歯面肌理乃至光沢等といった特性についての情報も、一種類又は複数種類必要になる。本発明の下記実施形態では、診療、審美両撮像機能を併有する多機能的な歯科医療従事者向け口中撮像システムを実現している。
【００１６】
また、前掲の特許文献１（譲受人：本願出願人、この参照を以て本願に繰り入れる）に記載の診療撮像手法では、蛍光現象と反射現象を併せ利用するＦＩＲＥ(Fluorescence Imaging with Reflectance Enhancement)検知を実行している。ＦＩＲＥ検知装置の優れたところは、蛍光しか計測しない従来の蛍光撮像装置に比べ、早期段階の齲蝕を正確に検知できることである。本発明の下記実施形態では、特許文献１に詳示されているＦＩＲＥ検知の用途を更に拡張し、単一の口中撮像装置で審美撮像をも行えるようにしている。
【００１７】
図１に、本発明の一実施形態に係る診療審美兼用口中撮像装置（歯牙撮像装置）１５０の基本構成部材を模式的なブロック図により示す。この装置１５０では、歯牙２０の診療撮像にも審美撮像にも撮像プローブ１００を用いる。制御論理プロセッサ１４０は、そのプローブ１００から画像データを受信し処理した画像をディスプレイ１４２の画面上に表示させる。
【００１８】
この口中撮像装置１５０の動作モードには、診療撮像モード及び審美撮像モードの二種類がある。以下、これらのモードがどのようにして実現されるのか、それに資する撮像プローブ１００はどのような構成なのか、照明、データ収集、画像処理、データ保存、画像表示等の諸機能にはどのような工夫を施したのか、といった事項について例示説明する。
【００１９】
図２に、診療撮像及び審美撮像双方に使用できる撮像プローブ１００の一例構成を模式的に示す。このプローブ１００はハンドル３２及びプローブエクステンション４０から構成されている。使用する光軸は診療撮像及び審美撮像のいずれでもＯである。各種撮像用の照明光は、それぞれ光源やビーム整形用光学素子からなる照明装置１２ａ〜１２ｄのうちいずれかを用いて又はそれらを任意に組み合わせて発生させる。オプションとして提供されるアタッチメント３０で照明し歯牙透明度計測を行うこともできる。プローブ１００に設けられているモードスイッチ３６は診療撮像モードか審美撮像モードかを選択するためのスイッチである。そして、後述の通り撮像アセンブリ３４はイメージセンサやそれに付随する光学部品から構成されている。
【００２０】
各照明装置１２ａ〜１２ｄは例えば光源にビーム整形用光学系を付加した構成とする。その光源は照明装置毎に設けてもよいし、複数装置１２ａ〜１２ｄ間で単一の光源を共用してもよい。後者の場合は、例えば照明装置毎にそれに相応しいスペクトル分離フィルタを設ける。光源としては、ＬＥＤ（発光ダイオード）、レーザ光源等の固体光源、キセノンアークランプ等の広帯域光源等、種々の光源を使用できる。
【００２１】
図３ａ〜図３ｄに、本実施形態における照明装置１２ａ〜１２ｄの一例構成を示す。これらの図は光学部品の配置を示した模式図であり、どの図にも光源２１が示されている。図中ビーム整形部品２２ａ〜２２ｃとして示されているビーム整形用光学素子２２は、歯面が均一に照明されるよう、光源２１発の照明光を調整、整形するためのものである。光源２１発ビーム光のプロファイルが十分に均一でそのまま歯面照明に使用できるのであれば、それらは必要ない。また、ビーム整形部品２２ａ〜２２ｃのうち図３ａ中の２２ａは拡散板、図３ｂ中の２２ｂは球面又は非球面光学素子、図３ｃ中の２２ｃはライトパイプ等の光導波路である。図３ｄでは１個の照明装置内にそれらのうち複数種類を実装してある。装置１２ａ〜１２ｄの一部たりうるビーム整形部品としては、この他、光ファイバ、リキッドライトガイド等の光導波性乃至光配分性部品がある（図示せず）。光のレベルは例えば数ｍＷ程度の強度がよいが、光の整形や検知に使用する部品次第で、これよりも強い光や弱い光にすることもある。
【００２２】
これらの照明装置１２ａ〜１２ｄは、後に詳述する通り様々な形態で配置することができる。また、各装置１２ａ〜１２ｄの光源２１は、その装置が使用される撮像モードに適した波長で発光する。本実施形態では、一例として装置１２ａ、１２ｃ及び１２ｄを反射光撮像用広帯域照明装置、装置１２ｂを蛍光撮像用狭帯域紫外照明装置として構成する。更に、偏向反射光撮像を行えるよう装置１２ａ内光源２１を４００〜７００ｎｍのスペクトル域で発光する広帯域可視光源とし、歯牙蛍光を励起できるよう装置１２ｂ内光源２１を３７５〜４２５ｎｍのスペクトル域で発光する狭帯域紫外光源とし、歯牙透明度を計測できるよう装置１２ｃ内光源２１を近赤外光源とし、歯面肌理を計測できるよう装置１２ｄ内光源２１を青色又は紫外光源とする。装置１２ａ内光源２１は、例えば別々のスペクトル域で発光する複数個の光源（赤、緑及び青各色のＬＥＤ等）を組み合わせ、或いは他種光源例えば模擬昼光源を用いることで、実現するとよい。歯面肌理計測用の光源２１も複数個設けうる。
【００２３】
［診療撮像モード］
図４及び図５に撮像プローブ１００の診療撮像時形態を模式的に示す。ハンドル３２と共にこのプローブ１００を構成しているプローブエクステンション４０は口中に差し込める形態であり、診療、審美いずれの撮像モードでも使用することができる。また、照明装置１２ａに発する白色光をその面前の偏光素子４２ａで偏向させているので、歯面を偏向白色光で均一照明し偏向反射光撮像を行うことができる。更に、照明装置１２ｂに発する紫外光を歯牙２０に照射しているので、その歯牙２０の蛍光を励起することができる。装置１２ｂと歯牙２０の間にあるバンドパスフィルタ４６は必須なものではないが、装置１２ｂ内光源２１の出射光即ち励起光のスペクトル純度を高める（スペクトル組成を浄化する）上で有用である。
【００２４】
歯牙２０による反射光は、照明装置１２ａ〜１２ｄで囲まれた中央開口を抜けた後、検光器４４、１個又は複数個のレンズ６６並びにスペクトルフィルタ５６を通り光軸Ｏ上にあるイメージセンサ６８に達する。そのうちフィルタ５６はロングパスフィルタであり、狙いとする波長域内の蛍光は通過させるが装置１２ｂに発する励起光は遮断するよう構成されている。歯牙２０から得られる蛍光像は可視域内で割合に広いスペクトル分布を呈するが、装置１２ｂに発する励起光の波長はその波長域外であり、フィルタ５６で割合容易に除去することができる。また、歯牙２０が発する蛍光は例えば約４５０〜６００ｎｍのスペクトル域に属し、そのピーク波長は緑色域（おおよそ５１０〜５５０ｎｍ）内に現れるで、蛍光像はセンサ６８の緑色用プレーン上に形成される。得られた蛍光像データは、図１を参照して前述した制御論理プロセッサ１４０に送られ、処理及び表示に供される。なお、信号たる蛍光が弱い場合は検光器４４を光軸Ｏ上から外して蛍光撮像を行えばよい。他の可視域内波長を用いて励起し緑色以外の蛍光を発生させてもよい。
【００２５】
更に、図４及び図５に示す形態にて偏向反射光像データも得ることができる。それに使用する光学部品の多くは蛍光像データ取得用のそれと兼用である。偏向反射光像を得るには、照明装置１２ａに発する広帯域照明光（例えば白色可視光）を偏光板等の偏光素子４２ａ経由で歯牙２０に照射し、偏光素子４２ａの光透過軸と直交する向きの光透過軸を有する検光器４４によって鏡面反射光を排除し、残った光をスペクトルフィルタ５６経由でイメージセンサ６８に送る、という手順で、センサ６８上に反射光像を形成すればよい。なお、この反射光撮像にて色合いの正しい反射光像が得られるよう、フィルタ５６のカットオフ波長は、装置１２ｂに発する励起光は遮っても装置１２ａに発する照明光（特に青色成分）は遮らないよう設定しておく。また、必要なら、フィルタ５６を光軸Ｏ上から外すことや他のフィルタ素子で置換することもできる。
【００２６】
イメージセンサ６８としては、様々な画像検知部材、例えばＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）センサやＣＣＤ（電荷結合デバイス）センサを使用することができる。照明装置１２ａ及び１２ｂ内光源２１としては、レーザ光源やＬＥＤ光源（１個又は複数個のＬＥＤを組み合わせた光源）を初めとする固体光源を使用することができる。これに代え、キセノンランプに色フィルタを付加して所望波長の光を出射させるようにした広帯域光源等も使用できる。
【００２７】
複数個ある照明装置の配置は例えば図５に示す配置とする。この例では、図４に示した撮像プローブ１００内に図５の如く複数個ずつ照明装置１２ａ〜１２ｄが設けられている。更に、均一照明のため、同一スペクトル域で発光する照明装置同士を撮像光学系の光軸Ｏを挟み差し向かいに配置してある。
【００２８】
図４にて１個のレンズ６６で表した撮像光学系は、実際には相応の光学部品を適宜使用乃至配列して構成する。レンズ６６は一素子型でも多素子型でもよい。ただ、歯面は平坦ではなく、むしろ緩慢な輪郭の部分と急峻な輪郭の部分とが組み合わさった面であるので、鮮明に撮像するには撮像光学系に十分な視野深度がなければならない。また、センサ６８のアスペクト比に見合った寸法の像が撮像光学系によってもたらされるよう、解像度を適宜設定した方がよい。
【００２９】
撮像制御は、撮りたい診療用画像の種類に応じて実行する。例えば蛍光像を撮るには弱々しい蛍光を捉えねばならないので、利得、シャッタ速度及び開口率を適宜調整して十分に露光する。イメージセンサ６８としてカラーセンサを用いるならば、そのセンサ６８上にＣＦＡ（色フィルタアレイ）を配して色フィルタリングを行うことで、後方散乱による反射光像と蛍光像とを１回の露光で撮ることもできる。即ち、反射光像を青色プレーン上で、蛍光像を緑色プレーン上で、というように両画像を同時に捉えることができる。
【００３０】
そして、図１に示した口中撮像装置１５０では、画像処理によって反射光像と蛍光像を結合させ、齲蝕部分が強調されたコントラスト強調画像を特許文献１の記載に倣って表示させる。得られた画像に対する処理やその結合及び表示には、様々な手法を使用することができる。
【００３１】
図６に、上記実施形態の撮像プローブ１００に折り返しミラー１８を付加し歯牙２０の表面へのアクセス性を高めた例を示す。このミラー１８が役に立つのは、臼歯の頬面又は歯牙２０（種類を問わない）の咬合面若しくは舌面にアクセスし、そこを照明するときである。図７に、光路上に偏光ビームスプリッタ３８を配して診療撮像モードを実行する例を示す。この例では、光源１４ｂに発する光をビーム整形用光学素子１４ａにて整形し、整形した光を照明装置１４からスプリッタ３８へと入射し、そのスプリッタ３８による反射光を歯牙２０に照射している。素子１４ａを通るときに整形されているので、その光でなら歯牙２０を均一に照明することができる。また、スプリッタ３８により反射されるのはある同じ方向に偏向している光である。歯牙２０による反射光はその方向と違う方向に偏向しているので、スプリッタ３８を透過してイメージセンサ６８に到達する。このようにすると散乱光中の鏡面反射光が除去されるため、センサ６８に達する散乱光に占める齲蝕部分反射光の比率が高まる。また、図７の構成を使用する場合、装置１４としては、互いに別々の波長で発光する複数個の光源を組み合わせたものや、１個の光源にスペクトル分離フィルタ（例えば１個又は複数個のダイクロイックミラー）を付加したもの等、様々な構成のものを使用することができる。更に、光源１４ｂをこのハンドヘルド型のプローブ１００とは別体にし、光ファイバ、リキッドライトガイド等の光導波路を介し光源１４ｂからビーム整形用光学素子１４ａへと光を届けるようにしてもよい。いずれにしても、このような装置１４ならば簡単に交換することができ、またその交換により種々の用途に対応することができる。例えば、装置１４を交換して模擬昼光源とし、それを用いて歯牙２０のシェードマッチングを開始することができる。次に、これを含む審美撮像モードについて説明する。
【００３２】
［審美撮像モード］
審美撮像モードに切り替えた後は、撮像プローブ１００をまた別の条件に従い動作させる。特に、審美撮像上有意義な種々の計測例えば次の三種類
（ｉ）歯牙色調計測
（ｉｉ）歯牙透明度計測
（ｉｉｉ）歯面の肌理又は光沢の計測
を好適に行えるようような形態で、照明装置及び光路を使用する。
【００３３】
そのうち歯牙色調は様々なやり方で計測できる。例えば赤、緑及び青各色の偏向光を光源から順繰りに出射させ、それを照明に用いて赤、緑及び青各色の画像を順繰りに撮り、それらの画像データから歯牙色調を算出するようにしてもよい。或いは白色の偏向光を光源から出射させ、それを照明に用いて赤、緑及び青各色の画像をイメージセンサ６８の対応色プレーンに捉え、それらの画像データから歯牙色調を算出するようにしてもよい。
【００３４】
ここに、従来の歯牙色調計測では、無偏向光を照明に用いていたため鏡面反射が問題になっていた。鏡面反射光は光源からの照明光と同一スペクトル組成であるので、その光からは歯牙２０の色に関する情報が得られない。特に、鏡面反射光が優勢になると、歯面についての情報がまず以て得られなくなり、しかもイメージセンサ６８が飽和することがある。
【００３５】
こうした難点を解消し、歯牙２０のエナメル質や象牙質による散乱光を検知するには、本実施形態のように偏向光で照明し鏡面反射光を除去すればよい。その後の散乱光からなら歯牙２０の実際の基本色がわかる。
【００３６】
本実施形態では、撮像プローブ１００を用いて歯牙２０の色に関する計測を行うに当たり、図４及び図５に示した照明装置１２ａをターンオンさせる。装置１２ａに発する広帯域照明光の一部は偏光素子４２ａを透過して歯面に達する。歯牙２０による反射光のうち、検光器４４の光透過軸と同方向に偏向しているもの（偏光素子４２ａの光偏向軸に対し直交方向に偏向しているもの）は、検光器４４を透過してイメージセンサ６８に達する。センサ６８の赤、緑及び青各色プレーンによって各色画像データが得られるので、それらのデータに基づく計算によって歯牙色調情報を得ることができる。
【００３７】
ただ、イメージセンサ６８やスペクトルフィルタ５６は性能的に完全無欠ではないので、広帯域照明光を用いると各色プレーン間に幾らかクロストークが発生する。広帯域照明光を使用する方法に代わる歯牙色調計測手法としては、照明光の色を赤、緑及び青各色間で順繰りに変えて三種類の画像を撮りそれらを結合させる、という手法もある。この手法の方がより正確な歯牙色調情報が得られるが、別々のタイミングで撮った三色分の画像を互いに位置合わせする必要がある分、画像処理の量が多くなるという難点もある。
【００３８】
図８ａ及び図８ｂに後者即ち色順照明の実施手段を二例示す。まず、図８ａに示す第１の構成では、３個の光源２１（例えば赤、緑及び青各色のＬＥＤ）並びに１個のビーム整形用光学素子２２（例えば前述のビーム整形素子２２ａ〜２２ｃ又はその任意の組合せ）を使用し、それらの光源２１を同期して即ち順繰りにスイッチングすることにより、赤、緑及び青の各成分色画像を個別に取得する。次に、図３ｂに示す第２の構成では、広帯域光源２１、スペクトル分離フィルタ２３及びビーム整形用光学素子２２を１個ずつ使用し、スペクトル分離フィルタ２３の回転で照明光スペクトルを変化させることにより、赤、緑及び青各色画像を取得する。それら光源２１及びフィルタ２３を設ける位置は撮像プローブ１００の内外いずれでもよい。また、それら三色分の有色光源２１からプローブ１００内へと、光ファイバやリキッドライトガイドを介し照明光を送り込んでもよい。その場合、光源２１をプローブ１００と別体にできる分、光源２１の選択肢が拡がる。例えば、プローブ１００の寸法や重量との関係での制約を、回避することができる。
【００３９】
次に、歯牙透明度は歯牙反射光又は歯牙透過光の計測によって求めることができる。歯牙透明度は、計測点の色調空間座標値のうち透明度軸座標値として使用でき、また他軸座標値（群）の補正にも使用できる。
【００４０】
反射光を用いて歯牙透明度を求めるには鏡面反射光を排除する必要がある。それには照明角に傾斜を付けるか偏向光で照明するかすればよい。照明に偏向光を用いた場合、歯牙２０のエナメル質や象牙質による散乱光をイメージセンサ６８で好適に捉えることができる。これに対し、無偏向光を用いた場合は、歯面やエナメル上皮による鏡面反射光がエナメル質や象牙質による反射光に比してかなり優勢になり、得られる歯牙透明度データが不正確になる。
【００４１】
照明光が均一でエナメル質が理想的な状態ならば、理屈の上では、歯牙２０の透明度が高いほど、イメージセンサ６８が捉える歯面反射偏向光の強度は下がるはずである。しかしながら、センサ６８で捉える偏向光の強度は幾つかの要因、例えばエナメル厚、歯牙欠損、充填物、埋状歯等の影響を受ける。従って、透明度計測では歯牙形状についての校正も重要なプロセスとなる。また、反射光から歯牙透明度を求めるには、照明光の不均一さを校正で補償する必要もある。これらの校正を行えば、前の段落で述べた歯牙色調計測向けの画像１枚又は複数枚の処理によって、歯牙透明度を求めることができる。更に、歯牙透明度計測には近赤外光を用いるのが望ましい。それは、使用する光の波長が長いと歯牙２０内部での散乱が弱くなるためである。とりわけ、赤外光での計測結果を用いると計測点の色調空間赤色座標値を好適に補正できる。そのため、図４及び図５に示した構成では、照明装置１２ｃから偏光素子４２ｃを介し出射される近赤外光を歯牙透明度計測に用いている。
【００４２】
透過光を用いて歯牙透明度を求める際には、その側面のうちイメージセンサ６８とは逆側の側面から歯牙２０を照明する。透過光を使用するので鏡面反射光は考慮する必要がなく、従ってこのときの照明光は無偏向光でもよい。歯牙透明度は歯牙２０を透過した光の強度から求められる。透過光の強度が高いほどその歯牙２０は透明度が高い。
【００４３】
図９ａ及び図９ｂに、透過光を捉えたいとき撮像プローブ１００に装着されるアタッチメント３０の構成を二例示す。どちらの例でも、照明装置１２ａ又は１２ｃから光導波路を介しアタッチメント３０の光出射窓３１へと光を送っているが、光出射窓３１内に光源例えばＬＥＤ等の固体光源を配して窓３１内に直接光をもたらしてもよい。また、図９ａに示す例では線３３で示す如く斜め方向から、図９ｂに示す例では真っ向から歯牙２０を照明しているが、透過光に基づき歯牙透明度を求めるにはどちらの例でも照明光均一度についての校正が必要になる。
【００４４】
もう一つ、色調空間座標値乃至補正パラメタとして使用できる歯牙パラメタとしては歯面肌理がある。このパラメタは歯面状態、粗さ或いは光沢とも呼ばれ、計測点の色調空間座標値のうち歯面肌理関連値を求めるのに使用できる。この歯面肌理を求めるには、歯牙２０を照明して歯面反射光の強度及び角度分布を計測すればよい。歯面が滑らかなほど多量の鏡面反射光がやってくる。また、波長が短いと散乱現象が強まるので、通常は、歯面肌理計測には青色又は紫外光源が向いている。また、歯面やエナメル上皮による反射光の方が歯牙２０の表面特性を反映しやすいので、歯面を偏向光で照明し歯面反射光のうちそれと同一偏向の成分を捉える、という策を採用することができる。
【００４５】
前掲の図４に示した構成では、図５に示した照明装置１２ｄ及び偏光素子４２ｄによって歯面肌理計測用偏向照明光を発生させている。装置１２ｄ内光源２１としてはその発光スペクトルが近赤外〜紫外の領域にあるものを使用できるので、本実施形態では表面散乱現象が強く現れる青色又は紫外光を使用している。また、歯面肌理計測に関わる素子４２ｄの向きは他の二種類の偏光素子４２ａ及び４２ｃの向きと直交している。このような向きにするのは、歯面反射光のうちその偏向方向が照明光と同じ方向の成分を捉える（透過させる）ためである。ただ、素子４２ｄは歯面肌理計測を行う上で必須なものではない。素子４２ｄを省くと照明光が無偏向光になり、鏡面反射光及び散乱光を併せ有する光が光路上の検光器４４に入射し、その検光器４４にて偏向された光がセンサ６８に入射することとなる。必要なら、検光器４４を光軸Ｏ上から外して歯面肌理計測を行うこともできる。
【００４６】
また、図７及び図８を参照して前述した通り、光源、ビーム整形素子及び偏光素子を複数組用いるのではなく、広帯域光源、スペクトル分離フィルタ及びビーム整形素子を各１個用いて歯牙色調、歯牙透明度及び歯面肌理を計測するようにしてもよい。
【００４７】
そして、歯牙透明度及び歯面肌理の計測に当たっては、照明光を均一にすることが有益であるので、例えば図３ａ〜図３ｄに示した構成のうちいずれかを使用し概ね均一な照明光を発生させる。また、イメージセンサ６８における受光強度には歯牙形状も大きく影響する。例えば、歯面状態が同じなら、光軸Ｏに対し傾いた歯面からの反射光は直交する歯面からの反射光に比べ弱い光になる。これらの理由から、照明光均一度及び歯牙（歯面）形状双方についての校正を十分に行わないと、歯牙透明度及び歯面肌理を正確に求めるのは難しくなる。
【００４８】
［他の実施形態］
図１０〜図１２に、撮像プローブ１００に複数個のイメージセンサを設けた実施形態を示す。イメージセンサを複数個設けることは、診療、審美両撮像モードを有する装置ではとりわけ有益なことである。まず、図１０に示す実施形態ではイメージセンサを２個（６８ａ及び６８ｂ）設けている。偏光ビームスプリッタ６５は歯牙反射光をその偏向状態に従い二分割、即ちスプリッタ６５の光透過軸と直交する偏向方向の成分並びに平行な偏向方向の成分に分割し、前者をセンサ６８ａにまた後者をセンサ６８ｂに送る。センサ６８ｂの面前にあるロングパススペクトルフィルタ５６は照明装置１２ｂに発する励起光を遮断する。診療撮像モードでは、センサ６８ｂによって蛍光像を撮り、センサ６８ａによって偏向白色反射光像を撮る。審美撮像モードでは、照明光ビームと同方向の偏向光をセンサ６８ｂで捉えて得たデータから歯面肌理を求め、センサ６８ａで得たデータから歯牙色調及び歯牙透明度を算出する。
【００４９】
次に、図１１に示す実施形態では、撮像プローブ１００に一色当たり１個ずつ合計３個のイメージセンサ６８ａ〜６８ｃを設けている。ビームスプリッタ素子６７は歯牙反射光を三種類のスペクトル域、即ち紫外〜青色域、緑色域及び赤色〜近赤外域に分割し、各スペクトル域の光をセンサ６８ａ〜６８ｃのうち対応するものに送る。この素子６７としては例えばダイクロイックミラーやその組合せたるＸキューブ（商標）を使用できる。また、図１０に示した実施形態と同じく、蛍光像に励起光がクロストークすることを防ぐため、ロングパススペクトルフィルタ５６が１個必要になる。このように青色、緑色及び赤色に分け別々のセンサ６８ａ〜６８ｃで画像データを取得するようにすることで、歯牙色調をより正確に計算することが可能になる。
【００５０】
そして、図１２に示す実施形態では、１個のイメージセンサ６９に３個の感光領域６９ｒ、６９ｇ及び６９ｂを設けている。センサ６９の面前にある色フィルタ５８は歯牙反射光のうち赤色光を領域６９ｒ、緑色光を領域６９ｇ、青色光を領域６９ｂへと通す。領域６９ｒ、６９ｇ及び６９ｂが同一面上にあるので、撮像用のレンズも同様に３個（６６ａ、６６ｂ及び６６ｃ）必要になる。
【００５１】
図１３に、点照明による歯牙透明度及び歯面肌理計測手法を示す。この手法では、図中に示されている複数個の点Ａ〜Ｅをそれぞれ偏向光で照明する。イメージセンサ６８では、これらの点Ａ〜Ｅから到来する反射光のうち照明光偏向方向に対し直交方向に偏向している成分を受光する。センサ６８は、これによって歯牙２０の歯面像を捉えることができる。なぜなら、照明光はエナメル質に到達した後に歯牙２０の内部でランダムに散乱し歯面のあらゆる部位を通って歯牙２０外に出てくるからである。即ち、別に歯牙２０の全面を照明しなくても散乱光が十分に発生するので、センサ６８で歯牙２０の画像を捉えることができ、またその画像から歯牙透明度、歯面肌理等の歯牙特性をかなり好適に調べることができる。また、この図には点照明による計測手法しか示していないが、グリッド照明、ライン照明等の他種照明下でも同様の効果を得ることができる。
【００５２】
［口中撮像装置１５０の動作］
次に、口中撮像装置１５０を用いた歯牙透明度、歯面肌理及び歯牙色調計測並びに齲蝕検知用画像取得の手順について説明する。図１４に、この装置１５０による診療撮像及び審美撮像の手順をフローチャートにより示す。図示の手順は歯冠修復等の際に実行されるものであり、モードスイッチ３６の操作等による動作モード選択から始まっている（ステップ７０）。診療撮像モードが選択された場合、論理制御プロセッサ１４０は、まず歯牙２０を選定できるよう照明装置１２ａ又は１２ｂ内光源２１をオンさせる（ステップ７２）。オペレータは撮像したい歯牙２０に撮像プローブ１００でアクセスし、次いでシャッタ押下等で撮像を指令する。この指令を受けたら、照明装置１２ａ及び１２ｂ内光源２１を順繰りにオンオフさせつつイメージセンサ６８で偏向反射光像及び蛍光像を撮る（ステップ７３）。そして、画像処理ソフトウェアによりそれらの画像を処理して解析結果データを作成する（ステップ７６）。この処理に適したソフトウェアは、前掲の米国特許出願第１１／６２３８０４号（譲受人：本願出願人、この参照を以てその内容を本願中に繰り入れる）の記載に基づき作成することができる。
【００５３】
審美撮像モードが選択された場合は、まず撮影すべき歯牙２０を選定するため照明装置１２ａ内光源２１をオンさせる（ステップ７８）。次いで、照明装置１２ａ、１２ｃ及び１２ｄ内（又は窓３１内）の光源２１を順繰りにオンオフさせつつ歯牙色調、歯牙透明度及び歯面肌理計測用の画像を撮る（ステップ８０）。そして、いわゆる当業者に撮り既知の画像解析手法を用いまたステップ８０で得た諸画像に基づき、歯牙色調、歯牙透明度及び歯面肌理を計算で求める（ステップ８２）。
【００５４】
図１５に、図１４の手順で得た歯牙色調、歯牙透明度等のデータに基づきシェードマッチングを実施する際制御論理プロセッサ１４０が実行する処理の手順を、そのフローチャートにより示す。図示の通り、ステップ８２における歯牙色調、歯牙透明度及び歯面肌理の計算が済んだら、画像処理ソフトウェアによってディスプレイ１４２（図１参照）の画面に患者査閲用模擬歯牙画像を表示させ（ステップ８４）、表示されている色調計算結果に納得がいくか否か患者に対して確認を求める（ステップ８６）。納得いくとの確認が得られたら、そのデータを処理担当者例えば歯科技工士やその在所に送り或いは保存する（ステップ８８）。納得が得られなかった場合は、その画像処理ソフトウェアによって感歯の望みに従い模擬歯牙画像を修正し（ステップ９０）、患者の確認を求めるべく修正後の画像を再表示させる。
【００５５】
以上、その好適な実施形態を参照して本発明につき詳細に説明した。いわゆる当業者であれば、当該説明に基づき上記各実施形態を別紙特許請求の範囲内で、即ち本発明の技術的範囲内で、様々に変形乃至改良することができよう。例えば照明装置１２ａ〜１２ｄ内光源の配置を変え、或いはイメージセンサ６８の種類を変え、或いはイメージセンサに代えてカメラ等を用いるといったことも可能である。図１６に光源をアレイ状に配置した例を示す。
【００５６】
このように、本発明によれば、歯科にて好適に利用でき、齲蝕検知等の歯科診療やシェードマッチング等のための審美撮像を単一ユニットで行える撮像装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態に係る齲蝕検知兼シェードマッチング用撮像装置を示す模式的ブロック図である。
【図２】診療審美兼用撮像プローブを示す模式図である。
【図３ａ】本実施形態における照明装置内部品配置例を示す模式図である。
【図３ｂ】その別例を示す模式図である。
【図３ｃ】その別例を示す模式図である。
【図３ｄ】その別例を示す模式図である。
【図４】撮像プローブの診療撮像時形態を示す模式図である。
【図５】その撮像プローブにおける照明装置配置を示す線５−５（図４参照）沿い前方端面図である。
【図６】撮像プローブに折り返しミラーを付加し歯面へのアクセス性を高めた例を示す図である。
【図７】光路上に偏光ビームスプリッタを配して診療撮像モードを実行する例を示す図である。
【図８ａ】色別照明実施手段の一例を示す図である。
【図８ｂ】その別例を示す図である。
【図９ａ】透過光を捉えるためのアタッチメントの一例を示す図である。
【図９ｂ】その別例を示す図である。
【図１０】撮像プローブ１００にイメージセンサを２個設けた実施形態を示す図である。
【図１１】撮像プローブ１００にイメージセンサを３個設けた実施形態を示す図である。
【図１２】撮像プローブ１００のイメージセンサを三領域に分割した実施形態を示す図である。
【図１３】点照明による歯牙透明度及び歯面肌理計測手法を示す図である。
【図１４】上記各実施形態に係る口中撮像装置による診療撮像及び審美撮像の手順を示すフローチャートである。
【図１５】図１４の手順で得た歯牙色調、歯牙透明度等のデータに基づきシェードマッチングを実施する際に制御論理プロセッサが実行する処理の手順を示すフローチャートである。
【図１６】上記各実施形態で採用できる別の光源配置を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１２ａ〜１２ｄ，１４  照明装置、１４ａ，２２  ビーム整形用光学素子、１４ｂ，２１  光源、１８  折り返しミラー、２０  歯牙、２２ａ  拡散板、２２ｂ  球面又は非球面光学素子、２２ｃ  光導波路、２３  スペクトル分離フィルタ、３０  透明度計測用アタッチメント、３１  光出射窓、３２  ハンドル、３３  光線、３４  撮像アセンブリ、３６  モードスイッチ、３８，６５  偏光ビームスプリッタ、４０  プローブエクステンション、４２，４２ａ，４２ｃ，４２ｄ  偏光素子、４４  検光器、４６  バンドパスフィルタ、５６  ロングパススペクトルフィルタ、５８  色フィルタ、６６，６６ａ〜６６ｃ  レンズ、６７  ビームスプリッタ素子、６８，６８ａ〜６８ｃ，６９  イメージセンサ、６９ｒ，６９ｇ，６９ｂ  感光領域、７０〜９０  ステップ、１００  撮像プローブ、１４０  制御論理プロセッサ、１４２  ディスプレイ、１５０  口中撮像装置、Ａ〜Ｅ  照明点、Ｏ  光軸。
【図２】
0005305929.tif 000002
【図３ａ】
0005305929.tif 000003
【図３ｂ】
0005305929.tif 000004
【図３ｃ】
0005305929.tif 000005
【図３ｄ】
0005305929.tif 000006
【図４】
0005305929.tif 000007
【図５】
0005305929.tif 000008
【図６】
0005305929.tif 000009
【図７】
0005305929.tif 000010
【図８ａ】
0005305929.tif 000011
【図８ｂ】
0005305929.tif 000012
【図９ａ】
0005305929.tif 000013
【図９ｂ】
0005305929.tif 000014
【図１０】
0005305929.tif 000015
【図１１】
0005305929.tif 000016
【図１２】
0005305929.tif 000017
【図１３】
0005305929.tif 000018
【図１４】
0005305929.tif 000019
【図１５】
0005305929.tif 000020
【図１６】
0005305929.tif 000021
【図１】
0005305929.tif 000022